LightHarmony3D: Harmonizing Illumination and Shadows for Object Insertion in 3D Gaussian Splatting

📄 arXiv: 2603.29209v1 📥 PDF

作者: Tianyu Huang, Zhenyang Ren, Zhenchen Wan, Jiyang Zheng, Wenjie Wang, Runnan Chen, Mingming Gong, Tongliang Liu

分类: cs.CV

发布日期: 2026-03-31

💡 一句话要点

LightHarmony3D：在3D高斯溅射中实现光照和阴影协调的对象插入

🎯 匹配领域: 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)

关键词: 3D高斯溅射 网格插入 光照协调 阴影生成 环境光照估计

📋 核心要点

  1. 现有方法难以在3D高斯溅射场景中插入网格对象，并在光照和阴影方面保持物理一致性以及多视角一致性。
  2. LightHarmony3D通过生成模块预测插入位置的360°HDR环境图，利用生成先验实现高效的光照估计和物理合理的着色。
  3. 该论文提出了首个用于3DGS中网格插入的基准，实验结果表明LightHarmony3D在真实感和多视角一致性方面达到了SOTA。

📝 摘要（中文）

3D高斯溅射(3DGS)能够高保真地重建场景的几何结构和外观。在此基础上，将外部网格对象插入到重建的3DGS场景中，可以实现交互式编辑和内容增强，适用于AR/VR、虚拟场景和数字内容创作等沉浸式应用。然而，实现网格插入在物理上一致的光照和阴影仍然具有挑战性，因为它需要精确的场景光照估计和多视角一致的渲染。为了解决这个挑战，我们提出了LightHarmony3D，这是一个用于在3DGS场景中实现光照一致的网格插入的新框架。我们方法的关键在于我们提出的生成模块，该模块通过一次前向传递预测插入位置的完整360°HDR环境图。通过利用生成先验而不是迭代优化，我们的方法有效地捕获了主要场景光照，并为插入的网格实现了物理上合理的着色和阴影，同时保持了多视角一致性。此外，我们还推出了首个用于3DGS中网格插入的专用基准，为评估光照一致性和照片真实感提供了一个标准化的评估框架。在多个真实世界重建数据集上的大量实验表明，LightHarmony3D实现了最先进的真实感和多视角一致性。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决将外部网格物体插入到3D高斯溅射（3DGS）重建场景中时，光照和阴影不一致的问题。现有方法通常需要迭代优化，计算成本高昂，且难以保证多视角一致性。因此，如何在保证真实感和多视角一致性的前提下，高效地实现网格插入是本论文要解决的核心问题。

核心思路：论文的核心思路是利用生成模型直接预测插入位置的完整360°HDR环境图。通过生成先验，避免了耗时的迭代优化过程，能够快速捕捉场景的主要光照信息。这种方法能够为插入的网格提供物理上合理的着色和阴影，并保持多视角一致性。

技术框架：LightHarmony3D框架主要包含以下几个阶段：首先，确定网格对象的插入位置。然后，利用提出的生成模块，基于该位置的场景信息，预测一个360°HDR环境图。最后，使用该环境图对插入的网格进行着色和阴影处理，并将其渲染到3DGS场景中。整个过程无需迭代优化，实现高效的网格插入。

关键创新：最重要的技术创新点在于使用生成模型直接预测环境光照。与传统的基于优化的方法相比，该方法能够显著提高效率，并更好地利用场景的上下文信息，从而生成更真实、更一致的光照效果。此外，论文还提出了首个用于3DGS网格插入的评估基准。

关键设计：生成模块的具体网络结构未知，但其输入应包含插入位置的场景信息，输出为360°HDR环境图。损失函数的设计可能包括光照一致性损失、阴影一致性损失以及多视角一致性损失。具体的参数设置和网络结构需要在论文中进一步查找。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

论文提出了LightHarmony3D框架，并在多个真实世界的重建数据集上进行了实验。实验结果表明，LightHarmony3D在网格插入的真实感和多视角一致性方面均优于现有方法，达到了SOTA水平。此外，论文还构建了首个用于3DGS网格插入的评估基准，为后续研究提供了标准化的评估平台。

🎯 应用场景

LightHarmony3D在AR/VR、虚拟场景搭建和数字内容创作等领域具有广泛的应用前景。它可以用于在重建的3D场景中插入虚拟物体，并保证光照和阴影的真实感，从而增强用户的沉浸式体验。此外，该技术还可以应用于虚拟商品展示、室内设计等领域，为用户提供更逼真的预览效果，具有重要的商业价值。

📄 摘要（原文）

3D Gaussian Splatting (3DGS) enables high-fidelity reconstruction of scene geometry and appearance. Building on this capability, inserting external mesh objects into reconstructed 3DGS scenes enables interactive editing and content augmentation for immersive applications such as AR/VR, virtual staging, and digital content creation. However, achieving physically consistent lighting and shadows for mesh insertion remains challenging, as it requires accurate scene illumination estimation and multi-view consistent rendering. To address this challenge, we present LightHarmony3D, a novel framework for illumination-consistent mesh insertion in 3DGS scenes. Central to our approach is our proposed generative module that predicts a full 360° HDR environment map at the insertion location via a single forward pass. By leveraging generative priors instead of iterative optimization, our method efficiently captures dominant scene illumination and enables physically grounded shading and shadows for inserted meshes while maintaining multi-view coherence. Furthermore, we introduce the first dedicated benchmark for mesh insertion in 3DGS, providing a standardized evaluation framework for assessing lighting consistency and photorealism. Extensive experiments across multiple real-world reconstruction datasets demonstrate that LightHarmony3D achieves state-of-the-art realism and multi-view consistency.